熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統與方法

2023-05-15 02:58:06

專利名稱：熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統與方法
技術領域：
本發明涉及城市綜合能源供應系統，尤其涉及一種利用對採暖負荷的調度實現電力系統最優化控制的方法。
背景技術：
可再生能源具有綠色清潔的特點，近些年發展迅速。但以風電為例，風電在提供清潔低碳能源的同時，風電場的大規模併網也給電網安全經濟運行帶來了不利影響。傳統的調度問題是基於準確的負荷預測進行的。而風能受到氣候、海拔、地形以及溫度等多種自然因素的影響具有間歇性和隨機波動性，風速及風功率預測的難度較負荷預測要大得多。雖然目前國內外學者們己經對風能預測做了大量的相關研究工作，但是風電場出力的預測水平在很大程度上仍然無法滿足工程實際的要求，這給電力系統的調度工作帶來了相當大的困難。

發明內容
本發明解決的目的在於提供熱電聯產機組與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統與方法，通過對熱能、電能的綜合調控，實現風力等效發電出力與目標需求一致，提高風力發電的有效利用。為了實現上述目的，本發明一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統採用如下技術方案一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統，包括用於產出電力和採暖熱水的燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組；用於產出電能的風力發電機組；通過電力電纜與所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組和風力發電機組並聯的空調器熱泵，所述空調器熱泵由所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組和風力發電機組產生的電能驅動而產生採暖熱能；控制空調器熱泵的空調器熱泵遙控開關；採集用戶非採暖用電的電錶；通過供熱管道與所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組相連接的熱水式採暖散熱器， 所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組生產的熱水流入所述熱水式採暖散熱器中產生採暖熱能；熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表，用於檢測所述熱水式採暖散熱器熱水消耗的數據；控制熱水式採暖散熱器的熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關；第一遠程集中控制器，採集燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量， 發電出力電量；並將採集的燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量，發電出力電量傳送給綜合調度控制裝置；
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第二遠程集中控制器，其記載熱水式採暖散熱器與燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組之間的管道距離信息；第二遠程集中控制器採集熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表檢測的熱水消耗數據，採集用戶的非採暖用電，然後將管道距離信息、用戶的非採暖用電、熱水消耗數據傳送給綜合調度控制裝置；第三遠程集中控制器，採集風力發電機組的發電出力電量；並將採集的風力發電機組的發電出力電量傳送給綜合調度控制裝置；綜合調度控制裝置，由燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量、燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的發電出力電量、風力發電機組的發電出力電量、用戶的熱水式採暖散熱器的管道距離信息、用戶的非採暖用電數據和用戶的熱水消耗數據，生成調度控制信號；第一遠程集中控制器接收綜合調度控制裝置所發出的調度控制信號，並用該調度控制信號控制燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組控制執行裝置動作；第二遠程集中控制器接收綜合調度控制裝置所發出的調度控制信號，並用該調度控制信號分別驅動空調器熱泵遙控開關、熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關執行動作。綜合調度控制裝置分別用於計算得到燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組在每個時刻的供暖出力熱水流量和發電出力電量的調度控制信號；計算得到終端用戶處的空調器熱泵在每個時刻的採暖電力消耗量的調度控制信號；計算得到終端用戶處在每個時刻的熱水式採暖散熱器消耗採暖熱水數量的調度控制信號；所述熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關，通過第二遠程集中控制器以遙控方式與所述綜合調度控制裝置耦合；空調器熱泵遙控開關，通過第二遠程集中控制器以遙控方式與所述綜合調度控制裝置耦合；燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組控制執行裝置，通過第一遠程集中控制器以遙控方式與所述綜合調度控制裝置耦合；所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組控制執行裝置根據獲得的調度控制信號，控制與其連接的燃煤進料閥門、鍋爐蒸汽進汽閥門、採暖蒸汽抽汽閥門及發電蒸汽流量閥門動作。所述綜合調度控制裝置包括接收用戶非採暖耗電數據、用戶熱水消耗數據、用戶管道距離信息、燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量、燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的發電出力電量和風力發電機組的發電出力電量的第一數據接收單元；將接收到的所有數據進行解碼的數據解碼器單元；對解碼後的所有數據進行存儲的數據存儲器單元；生成調度控制信號的調度控制信號計算單元；將所述調度控制信號進行編碼的信號編碼器；及將編碼後的調度控制信號傳遞給第一遠程集中控制器、第二遠程集中控制器的發送單元。所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組控制執行裝置包括調度控制信號收發編碼存儲器、驅動電路及機械齒輪控制裝置，所述調度控制信號經調度控制信號收發編碼存儲器
8解碼以後生成燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組調度控制指令，經過驅動電路輸出的電力拖動信號觸發機械齒輪控制裝置，機械齒輪控制裝置再控制燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的燃煤進料閥門動作、採暖蒸汽抽汽閥門動作及發電蒸汽流量閥門動作。綜合調度控制裝置通過電力光纖與雲計算計算服務系統連接，並驅動雲計算計算服務系統計算，以獲得調度控制信號；綜合調度控制裝置通過電力光纖接收雲計算計算服務系統計算獲得的調度控制信號，然後經由電力電纜或無線傳輸方式發布該調度控制信號給第一遠程集中控制器、第二遠程集中控制器。所述第二遠程集中控制器包括非採暖電錶脈衝計數器、採暖熱水流量脈衝計數器、脈衝信號編碼轉換器、計量信號放大發射器，及相互連接的控制信號接收解碼器和控制信號遙控發射器；非採暖電錶脈衝計數器連接用戶非採暖電錶，用於檢測用戶非採暖耗電數據，用戶非採暖耗電數據經過脈衝信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理後傳送至綜合調度控制裝置；採暖熱水流量脈衝計數器連接熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表，用於檢測熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表的採暖流量數據，採暖熱水流量脈衝計數器檢測得到的採暖流量數據經過脈衝信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理後和熱水式採暖散熱器與燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組之間的管道距離信息傳送至綜合調度控制裝置；控制信號接收解碼器，接收綜合調度控制裝置發出的調度控制信息並進行解碼， 然後通過控制信號遙控發射器將控制信號發送給空調器熱泵遙控開關、熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關執行動作。所述第二遠程集中控制器還用於採集用戶輸入的熱慣性時間數據，並將該數據傳送給綜合調度控制裝置。一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統的調度方法，包括以下步驟在0 ΤΧΔΤ時間段內，ΔΤ為採樣周期，T為採集的次數，綜合調度控制裝置根據接收的燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組、風力發電機組的產能信息，預測出未來T 2TX ΔΤ的產能信息，再結合0 TX ΔΤ時間段內用戶的耗能信息，在保證滿足電力供給和熱能供給的條件下，減少燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量，減少熱水流量導致燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組發電出力減少由風力發電來補償，減少熱水流量導致用戶所需要的供熱不足由熱泵消耗電力供熱來補償，並考慮燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組提供的熱水流到用戶的時間和熱慣性時間，計算出補充量；然後在T 2TX Δ T時間段，綜合調度控制裝置以ΔΤ為調控周期，根據電力供給和熱能供給的預測和調度計算生成調度控制信號並發送，第一遠程集中控制器接收調度控制信號後控制燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量和發電出力電量，第二遠程集中控制器接收調度控制信號後，控制熱泵消耗電力供熱來補償熱水式採暖散熱器熱水減少導致的供熱不足。一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統的調度方法，包括以下步驟1)、測量
1.1)、測量供給側第一遠程集中控制器採集0 TX Δ T時間段燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的發電出力PCHP(t)和熱出力HCHP(t)；採樣周期為ΔΤ;Τ為採集的次數，T為自然數；第三遠程集中控制器採集0 M號風力發電機在0 TX Δ T時間段的發電出力 PTnd^)，並發送到綜合調度控制裝置；1. 2)、測量用戶側i = 0 N，N為用戶個數；每個用戶均具有空調器熱泵和熱水式採暖散熱器；1. 2. 1)、第二遠程集中控制器採集N個用戶距熱源燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的管道距離Si ；1. 2. 2)、第二遠程集中控制器採集0 TX Δ T時間段N個用戶非採暖耗電量 Pi (t)，採樣頻率為ΔΤ；1. 2. 3)、第二遠程集中控制器採集0 TX Δ T時間段N個用戶的熱水式採暖散熱器的耗熱量Hi (t)，採樣頻率為Δ T ；1. 2. 4)、第二遠程集中控制器採集N個用戶的空調器熱泵裝機容量if ；1. 2. 5)、第二遠程集中控制器採集N個用戶輸入的熱慣性時間Ti ；2)計算以下變量2. 1)計算風力發電機在0 TX ΔΤ時間段的總出力
權利要求
1.一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統，其特徵在於，包括 用於產出電力和採暖熱水的燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)；用於產出電能的風力發電機組(B)；通過電力電纜(11 與所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)和風力發電機組(B)並聯的空調器熱泵(108)，所述空調器熱泵(108)由所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)和風力發電機組(B)產生的電能驅動而產生採暖熱能；控制空調器熱泵(108)的空調器熱泵遙控開關(117)； 採集用戶非採暖用電的電錶；通過供熱管道(114)與所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)相連接的熱水式採暖散熱器(110)，所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)生產的熱水流入所述熱水式採暖散熱器(110)中產生採暖熱能；熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表(111)，用於檢測所述熱水式採暖散熱器(110)熱水消耗的數據；控制熱水式採暖散熱器(110)的熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關(116)； 第一遠程集中控制器(1121)，採集燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)的供暖出力熱水流量，發電出力電量；並將採集的燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)的供暖出力熱水流量， 發電出力電量傳送給綜合調度控制裝置(115)；第二遠程集中控制器(1122)，其記載熱水式採暖散熱器(110)與燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)之間的管道距離信息；第二遠程集中控制器(112 採集熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表(111)檢測的熱水消耗數據，採集用戶的非採暖用電，然後將管道距離信息、 用戶的非採暖用電、熱水消耗數據傳送給綜合調度控制裝置(115)；第三遠程集中控制器(1123)，採集風力發電機組(B)的發電出力電量；並將採集的風力發電機組(B)的發電出力電量傳送給綜合調度控制裝置(115)；綜合調度控制裝置(115)，由燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)的供暖出力熱水流量、 燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)的發電出力電量、風力發電機組(B)的發電出力電量、用戶的熱水式採暖散熱器(110)的管道距離信息、用戶的非採暖用電數據和用戶的熱水消耗數據，生成調度控制信號；第一遠程集中控制器(1121)接收綜合調度控制裝置(11 所發出的調度控制信號，並用該調度控制信號控制燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)的燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組控制執行裝置(118)動作；第二遠程集中控制器(112 接收綜合調度控制裝置(11 所發出的調度控制信號，並用該調度控制信號分別驅動空調器熱泵遙控開關(117)、熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關(116)執行動作。
2.根據權利要求1所述的一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統，其特徵在於，綜合調度控制裝置(11 分別用於計算得到燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A) 在每個時刻的供暖出力熱水流量和發電出力電量的調度控制信號；計算得到終端用戶處的空調器熱泵(108)在每個時刻的採暖電力消耗量的調度控制信號；計算得到終端用戶處在每個時刻的熱水式採暖散熱器(110)消耗採暖熱水數量的調度控制信號；所述熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關(116)，通過第二遠程集中控制器(1122)以遙控方式與所述綜合調度控制裝置(11 耦合；空調器熱泵遙控開關(117)，通過第二遠程集中控制器(112 以遙控方式與所述綜合調度控制裝置(11 耦合；燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組控制執行裝置(118)，通過第一遠程集中控制器(1121) 以遙控方式與所述綜合調度控制裝置(11 耦合；所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組控制執行裝置(118)根據獲得的調度控制信號，控制與其連接的燃煤進料閥門、鍋爐蒸汽進汽閥門、採暖蒸汽抽汽閥門及發電蒸汽流量閥門動作。
3.根據權利要求1所述的一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統，其特徵在於，所述綜合調度控制裝置(11 包括接收用戶非採暖耗電數據、用戶熱水消耗數據、用戶管道距離信息、燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)的供暖出力熱水流量、燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)的發電出力電量和風力發電機組(B)的發電出力電量的第一數據接收單元O01)；將接收到的所有數據進行解碼的數據解碼器單元O02)；對解碼後的所有數據進行存儲的數據存儲器單元O03)；生成調度控制信號的調度控制信號計算單元O04)；將所述調度控制信號進行編碼的信號編碼器O05)；及將編碼後的調度控制信號傳遞給第一遠程集中控制器(1121)、第二遠程集中控制器 (1122)的發送單元(206)。
4.根據權利要求1所述的一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統，其特徵在於，所述燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組控制執行裝置(118)包括調度控制信號收發編碼存儲器(302)、驅動電路(30 及機械齒輪控制裝置(304)，所述調度控制信號經調度控制信號收發編碼存儲器解碼以後生成燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組調度控制指令，經過驅動電路輸出的電力拖動信號觸發機械齒輪控制裝置，機械齒輪控制裝置再控制燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的燃煤進料閥門動作、採暖蒸汽抽汽閥門動作及發電蒸汽流量閥門動作。
5.根據權利要求1所述的一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統， 其特徵在於，綜合調度控制裝置(115)通過電力光纖(120)與雲計算計算服務系統(917) 連接，並驅動雲計算計算服務系統(917)計算，以獲得調度控制信號；綜合調度控制裝置 (115)通過電力光纖(120)接收雲計算計算服務系統(917)計算獲得的調度控制信號，然後經由電力電纜或無線傳輸方式發布該調度控制信號給第一遠程集中控制器、第二遠程集中控制器。
6.根據權利要求1所述的一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統，其特徵在於，所述第二遠程集中控制器包括非採暖電錶脈衝計數器、採暖熱水流量脈衝計數器、脈衝信號編碼轉換器、計量信號放大發射器，及相互連接的控制信號接收解碼器和控制信號遙控發射器；非採暖電錶脈衝計數器連接用戶非採暖電錶，用於檢測用戶非採暖耗電數據，用戶非採暖耗電數據經過脈衝信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理後傳送至綜合調度控制裝置(115)；採暖熱水流量脈衝計數器連接熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表(111)，用於檢測熱水式採暖散熱器熱水消耗計量表(111)的採暖流量數據，採暖熱水流量脈衝計數器檢測得到的採暖流量數據經過脈衝信號編碼轉換器及計量信號放大發射器處理後和熱水式採暖散熱器(110)與燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組(A)之間的管道距離信息傳送至綜合調度控制裝置(115)；控制信號接收解碼器，接收綜合調度控制裝置(11 發出的調度控制信息並進行解碼，然後通過控制信號遙控發射器將控制信號發送給空調器熱泵遙控開關(117)、熱水式採暖散熱器流水閥門遙控開關(116)執行動作。
7.根據權利要求1所述的一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統，其特徵在於，所述第二遠程集中控制器(1122)還用於採集用戶輸入的熱慣性時間數據，並將該數據傳送給綜合調度控制裝置(115)。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統的調度方法，其特徵在於，包括以下步驟在0 TX Δ T時間段內，Δ T為採樣周期，T為採集的次數，綜合調度控制裝置根據接收的燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組、風力發電機組的產能信息，預測出未來T 2ΤΧ ΔΤ的產能信息，再結合0 TX △ T時間段內用戶的耗能信息，在保證滿足電力供給和熱能供給的條件下，減少燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量，減少熱水流量導致燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組發電出力減少由風力發電來補償，減少熱水流量導致用戶所需要的供熱不足由熱泵消耗電力供熱來補償，並考慮燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組提供的熱水流到用戶的時間和熱慣性時間，計算出補充量；然後在T 2ΤΧ Δ T時間段，綜合調度控制裝置以ΔΤ為調控周期，根據電力供給和熱能供給的預測和調度計算生成調度控制信號並發送，第一遠程集中控制器接收調度控制信號後控制燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組的供暖出力熱水流量和發電出力電量，第二遠程集中控制器接收調度控制信號後，控制熱泵消耗電力供熱來補償熱水式採暖散熱器熱水減少導致的供熱不足。
9.根據權利要求1至7中任一項所述的一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統的調度方法，其特徵在於，包括以下步驟·1)、測量:·1.1)、測量供給側第一遠程集中控制器(1121)採集0 TX ΔΤ時間段燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組 (A)的發電出力PCHP(t)和熱出力HCHP(t)；採樣周期為Δ T ;T為採集的次數，T為自然數；第三遠程集中控制器(1123)採集0 M號風力發電機在0 TX Δ T時間段的發電出力屍，並發送到綜合調度控制裝置；·1. 2)、測量用戶側i = 0 N，N為用戶個數；每個用戶均具有空調器熱泵(108)和熱水式採暖散熱器(110)；·1. 2. 1)、第二遠程集中控制器(112 採集N個用戶距熱源燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組㈧的管道距離Si ；·1. 2. 2)、第二遠程集中控制器(1122)採集0 TX Δ T時間段N個用戶非採暖耗電量 Pi (t)，採樣頻率為ΔΤ；·1. 2. 3)、第二遠程集中控制器(1122)採集0 TX Δ T時間段N個用戶的熱水式採暖散熱器(110)的耗熱量Hi (t)，採樣頻率為ΔΤ;·1.2. 4)、第二遠程集中控制器(1122)採集N個用戶的空調器熱泵(108)裝機容量if ； 1.2. 5)、第二遠程集中控制器(1122)採集N個用戶輸入的熱慣性時間Ti ；2)計算以下變量·2.1)計算風力發電機在0 TX ΔΤ時間段的總出力
全文摘要
本發明提供一種熱電聯產與採暖負荷聯合控制的風電出力調度系統與方法，通過燃煤抽汽凝汽式熱電聯產機組與採暖負荷的聯合控制，調節風電的等效發電與系統實際需求趨於一致，減小併網的壓力；用戶採用熱水散熱器和熱泵耗電兩種方式供熱，其中的熱水來源於熱電聯產機組，電力由熱電聯產機組與風力發電機組聯合提供，在保證滿足電力供給和熱能供給的條件下，減少供暖出力熱水流量，由消耗電力供熱來補償，耗電供熱既可以補償熱水供暖的不足，也可以增加電力低谷時段的負荷，根據用電負荷的變化與風力發電配合來調節，使得調節後的風力等效電力與實際需要的風力處理相差最小。
文檔編號H02J13/00GK102437645SQ201110323970
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月23日 優先權日2011年10月23日
發明者吳鍇, 楊玉龍, 龍虹毓 申請人:西安交通大學